ACTIVIDAD SISMICA Y DINAMICA DE LA FALLA SISMOGÉNETICA DEL GRAN TERROMOTO DE ANDALUCIA (1.884). LOS ESPELEOTEMAS COMO INDICADORES SÍSMICOS Y PALEOSÍSMICOS.

J.L. Clavero, F. Marín, M.A. Martínez, A. Mateos

Laboratorio del Instituto de Investigación y Desarrollo de Calidad de la Edificación. LIDYCCE. PTA (Málaga)

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RESUMEN

El estudio de las deformaciones de espeleotemas (estalactitas y estalagmitas) de unas simas asociadas a la falla sismogenética del gran terremoto de Andalucía (1.884), (Falla de Zafarraya) ha permitido conocer aspectos sobre su recurrencia sísmica, dinámica y magnitud. El hallazgo de una nueva morfología, las "estalagmitas rotadas" indicadores sísmicos de M > 6.5, han reconocido, mediante dataciones radiométricas, las últimos ciclos destructivos de esta Falla, adscritos a la siguiente serie de eventos; año1884, 5.000 años BP, ~ 15.000, y ~ 25.000 años B.P, siendo especialmente violento el de 5.000 BP. Otros indicadores sísmicos, como las grietas de tracción en las formaciones parietales, han revelado por auscultación, que la mesa calcárea donde se ubican las simas y que reposa sobre un Flysch enraizado por esta Falla (o sistema de fallas), aún sigue acoplándose a la perturbación originada en el Terremoto de 1.884, habiéndose registrado asientos de 1mm en un periodo de 1 año.

Por otro lado, tanto la orientación del giro que manifiestan estos espeleotemas, como otros indicadores de movimiento (grietas de tracción, basculamiento general de las cuevas) indican que el movimiento de esta Falla ha sido extensional hacia el Sur (lo cual ha favorecido la depresión de Zafarraya), movimiento iniciado, al menos, desde finales del Plioceno (por la deformación que manifiestan unos travertinos de esta edad), hasta la actualidad (último evento en 1.884).

ABSTRACT

The speleothems deformation study (stalactites and stalagmites) in a few caves associated with the seismigenic fault of the great earthquake in Andalusia (1.884), (Zafarraya's Fault), has allowed to know aspects on its seismic, dynamical recurrence and magnitude. The discovery of a new morphology, the " rotated stalagmites " seismic indicators of M > 6.5, has helped to recognize, by means of radiometric measurement, the last destructive cycles of this Fault, assigned to the following series of events; year 1884, 5.000 years BP, ~ 15.000, and ~ 25.000 years B.P, being specially violent that in 5.000 BP. Other seismic indicators, as the tension cracks in parietal formations, have revealed thanks to auscultation, that the calcareous table where the caves are located and that lays on a Flysch , sunk by this Fault (or fault system), still continues adjusting to the disturbance originated in the Earthquake of 1.884, having registered settlements of 1mm in a period of 1 year.

On the other hand, the orientation of the direction that these speleothems shows, together with other indicators of movement (cracks of traction, differential displacement general of the caves) ,indicates that the movement of this Fault, has been extensional southwards (having enabled the depressions of Zafarraya and Alhama), iniciated at least at the end of the Pliocene (according to the deformation that the travertines of this age show), until nowadays (last event in 1.884).

Introducción

Se está llevando a cabo desde el año 2.000 una investigación sísmica en dos simas ligadas activamente a la Falla de Zafarraya, detonante del gran terremoto destructor de Andalucía en 1.884. Estas simas o cuevas, se localizan en el subsegmento Oeste de esta falla, coincidente con la zona de enraizamiento del Flysch de la unidad de Colmenar. El macizo kárstico corresponde a una mesa caliza que flota sobre el Flysch, que actúa a modo de sismógrafo natural amplificando las señales de un sismo. La historia sísmica de esta falla esta grabada en los espeleotemas de estas cuevas, mediante basculamientos generalizados, grietas de tracción y una nueva morfología detectada, las estalagmitas rotadas. Estas últimas corresponden a un movimiento rotacional, causado por el desplazamiento de la fuente de goteo (estalactita) y del pavimento de la estalagmita, lo que indica un movimiento global de toda la cueva, siendo las fuerzas sísmicas las únicas capaces de tal magnitud. Fisurómetros instalados en las grietas de tracción, han reflejado asentamientos verticales de 1 mm en 1 año (entre 2.005 y 2.006), indicando que estas fisuras aún siguen activas, debido al reajuste lento del paquete calizo al sustrato margoso, perturbado por el sismo de 1.884.

Dataciones radiométricas de C14 y U/Th, realizadas en los puntos de giro de las estalagmitas rotadas, indican terremotos destructivos con los siguientes ciclos de recurrencia; año1884, 5.000 años BP (especialmente violento), ~ 15.000, y ~ 25.000 años B.P. Todo este escenario se enmarca en un sistema de extensional hacia el Sur, que desde al menos el Plioceno superior (evidenciados por travertinos con plegamiento horizontal) ha estado funcionando hasta la actualidad.

Marco geológico

La Falla de Zafarraya se sitúa en la franja de Zafarraya - Arenas del Rey (provincias de Málaga y Granada), concretamente en el contacto entre las Zonas Internas y las Zonas Externas al Oeste, el Polje de Zafarraya y la depresión neógena de Alhama al Norte, y las Zonas Internas al Este. Geográficamente corresponde con la alineación que de oeste a este configuran las Sierras de Zafarraya y Tejeda-Almijara. Esta Falla corresponde a un segmento del importante accidente Álmargen – Mojacar de dirección E-W, que en el Mioceno funcionó como un gran accidente transcurrente.

Fig 1: LEYENDA: 1- Hercínico de la Meseta, 2- Cobertera Mesozoica de la Meseta, 3- Prebético y Unidades Intermedias, 4.-Subbético, 5-Olistotromas de Guadalquivir, 6. Unidades de flysch del Campo de Gibraltar, 7-Complejos Predorsaliano, Dorsaliano y de Alozaina, 8- Complejo Maláguide, 9- Complejo Alpujárride, 10- Complejo Nevado-Filábride, 11- Materiales sedimentarios postaquitanienses, 12- Rocas volcánicas neógenas

.

La Falla de Zafarraya en el subsegmento Oeste estudiado, corresponde a un sistema de fallas paralelas; dos de ellas localizadas al pie de la Sierra de Zafarraya en sus caras norte y sur, y la tercera corresponde a una falla oculta, al Sur de la Sierra, que delimita el frente norte de unas importantes masas travertínicas (ver figuras 2 y 3). Es probable que en profundidad se unifiquen las fallas de la Sierra de Zafarraya, y junto la falla oculta delimiten una faja, que correspondería a la raiz del Flysch (fig. 11).

FIG. 2: ZONA SISMOGENETICA SISTEMA DE FALLA DE ZAFARRAYA

FIG. 3: FOTOGRAFIA SATÉLITE DEL SUBSEGMENTO OESTE Y SUS RELACIÓN CON LA MESA CALCÁREA

El terremoto de Andalucía (1.884). Área de tectónica activa y falla sismogenética

El conocido “Terremoto de Andalucía” (último terremoto destructor acaecido en España), ocurrió el día 25 de Diciembre de 1.884. Este terremoto afectó gravemente a un área de unos 120 x 70 Km2, de las provincias de Granada y Málaga, produciendo entre 750 y 900 muertos, y más del doble de heridos. La población que sufrió más bajas humanas fue Alhama de Granada con cerca de 350 víctimas. Los daños materiales también fueron cuantiosos, habiéndose de reedificar cerca de un millar de viviendas y reparar unas catorce mil en más de cien núcleos de población.

Hubo 3 núcleos de población que quedaron prácticamente destruidos, que de oeste a este fueron; la aldea de Guaro (Periana), Ventas de Zafarraya y Arenas del Rey. Estas tres poblaciones se alinean según un eje de dirección Este – Oeste. Esta alineación se puede considerar como el eje de la elipse de máxima intensidad, que corresponde, según Muñoz – Udías (1.980), a un grado IX (escala MSK) equiparable a una magnitud Richter de 6.7 – 7.0.

Los espeleotemas como indicadores sísmicos

Se están investigando 2 simas localizadas en el T.M. de Periana (Málaga), en la mesa calcárea conocida como “El Aguadero”, y situada en la zona de falla del surco o raiz del Flysch. La profundidad de las mismas varía entre 60 y 70 m, siendo el desarrollo horizontal de unos 50 – 70 m. Estas simas se han generado a partir de una fractura de dirección aproximada N-S, que recorre toda la mesa de “El Aguadero” desde la falla norte.

Los depósitos de espeleotemas de las simas manifiestan diversas patologías, que representan el registro de la actividad sísmica de la zona. Cabe enumerar como efectos más significativos y entre las más importantes: el basculamiento hacia el Sur de todos los depósitos de espeleotemas, importantes grietas de tracción con apertura al Sur, que afectan a las coladas parietales (espeleotemas desarrollados en la pared de la cavidad), así como excentricidades en el desarrollo de las estalagmitas.

Todos estos fenómenos, nos indican movimientos sucesivos de todo el paquete calizo hacia el Sur. De estos indicadores sísmicos, nos centraremos en dos; las grietas de tracción y las estalagmitas excéntricas, por su información sobre la sismicidad reciente (grietas de tracción), y la paleosismicidad (estalagmitas excéntricas).

1.) GRIETAS DE TRACCIÓN (Indicadores de sismicidad reciente): Existen grietas de tracción como la que se muestra en la figura 4, con una inclinación de alrededor 60º hacia el norte, que indican movimientos en el sentido opuesto, o sea al Sur. Estas grietas han sido auscultadas mediante fisurómetros, resultando que en una de ellas ha habido movimientos de 1 mm de asentamiento vertical del sector Sur de una de las simas, entre los periodos de Septiembre de 2.006 y Agosto de 2.007. Este hecho verifica la actividad de estas grietas, y que ocurrieron tras la sacudida del sismo de 1.884, donde probablemente aun existe un reajuste lento de la mesa caliza, influyendo notoriamente su fragmentación.

Fig 5. Ausculatación de grieta activa, de 1 cm de apertura.

Por otro lado, estas fracturas por tracción son reveladoras de eventos sísmicos destructivos, al menos de M ³ 6.5, con fuerzas capaces de vencer las resistencias de cortezas parietales de varios decímetros de espesor.

2.) ESTALAGMITAS EXCÉNTRICAS (indicadores paleosismicidad): El goteo de una estalactita sobre una estalagmita se puede considerar como un sistema de tipo “péndulo de grabación” (Schillat, 1977), en el cual, la estalagmita, con su sucesivo crecimiento en capas actúa como el medio de grabación de la “verticalidad” actual del goteo. Una variación progresiva y/o brusca en el eje de crecimiento esta asociada a factores tectónicos, si sistemáticamente el desplazamiento se dirige hacia una determinada dirección. Este es el caso de las estalagmitas de las simas, que se encuentran en la mayoría de los casos giradas hacia el norte.

Más aun, las estalagmitas de las simas se presentan “rotadas”, constituyendo esta morfología una novedad en sus manifestaciones. Esta nueva tipología la denominaremos “estalagmitas rotadas” (ver fig 6). Para que exista tal rotación en el crecimiento de la estalagmita, debe de haber un desplazamiento conjunto de la fuente de goteo de la estalagmita, y de la base de la misma, tal como se explica en la fig 6. Las únicas fuerzas explicables de tales fenómenos generalizados, que mueva todo el paquete calizo, son las acciones sísmicas, y de además de carácter destructivo (M > 6.5) como el sismo de 1.884 .

Fig 6: Rotación de una estalagmita

En la siguiente representación (fig 7) se muestran 2 láminas de estalagmitas rotadas (de estos ejemplares se extrajo muestras para el análisis radiométrico). Se observa que la E-1 presenta una rotación completa, y que la E-2, la manifiesta hasta el último episodio donde cambia la textura y el color de la piedra. Este último episodio (desde la muestra E-2-3) representa un giro hacia el Este, no reflejado en la lámina, ya que se cortó según dirección N-S. Este cambio de rumbo en la rotación, puede ser debido a un efecto local, dada la importante fragmentación del paquete calizo.

Fig 7: Las estalagmitas extraidas y su rotación.

Paleosismicidad: Se han realizado dataciones radiométricas con los métodos del C14 y del U/Th, en los cambios de giro del eje de crecimiento de las dos estalagmitas, para evaluar la paleosismicidad de la zona. Para la extracción de las muestras, se cortaron los espeleotemas en láminas delgadas, según rumbo N-S. La cantidad recogida fue de unos 20 g, y como se aprecia en la figura 8, la muestra integraría un intervalo importante de edad. Para ajustar la datación al punto de inflexión del eje de crecimiento, se tomaron a ambos lados de la discontinuidad, para después deducir la media.

1) C14: Se han realizado 2 análisis radiométricos, mediante la técnica del radiocarno, en el laboratorio BETA ANHALYTIC de Florida . Esta técnica radiométrica, sintetiza el carbono de las muestras a benceno, y se mide el contenido en átomos de C14 en uno de los 53 espectrómetros de centelleo, para después calcular la edad del radiocarbono. La “edad convencional del C14” es el resultado de aplicar las correcciones C13/C12 a la edad medida, que corresponde a la fecha más acorde del radiocarbono.

Se realizó una calibración de la edad radiocarbono para convertirla a edad calendario, con la base de datos más moderna disponible (1.998). Los resultados fueron los siguientes (la edad se expresa antes de la actual (BP = 1.950)):

La muestras E-1 y E-2 se indican en la fig 8.

2) U/Th El uranio es un elemento relativamente abundante en la superficie terrestre, y fácilmente soluble en agua. El uranio puede precipitar conjuntamente con los carbonatos durante el proceso de desgasificación del CO₂. Es en ese momento cuando el reloj radiométrico se pone a cero. El método de datación TH230/U234 consiste en aplicar la ley de radioactividad que relaciona el número de átomos del U234 que se desintegran a Th230, por unidad de tiempo con la constante de desintegración, que es propia para cada radioisótopo.

Se han analizado 5 muestras, de las cuales 3 dieron resultados óptimos. Éstas se analizaron en el Instituto Jaume Almera (CESIC) de Barcelona. En la tabla siguiente se muestran los resultados:

La muestra E-2-2, se expone en la figura 8. Las E-3 corresponden a un espeleotema de tanteo, desechado por antiguo (la investigación se centra en los últimos ciclos sísmicos de la falla).

CICLOS SISMICOS DE LA FALLA

Fig 8. Solapamiento de cuerpos de estalagmitas por rotación. Discontinuidades = evento sísmico.

Como se refleja en la anterior imagen, se detecta un importante sismo destructivo hace 5.000 años (muestra E-1-2, 4.235 años y muestra E-2-3 5.830 años), que corresponde aproximadamente con la media arriba y debajo de la discontinuidad. Este terremoto originó un giro de unos 10º, expresado en la estalagmita-2, que coincide con el giro de todo el macizo kárstico, igualmente de unos 10º (ver fig 4 y 9). Este evento debió de ser el que originó el basculamiento de todo el macizo kárstico (coladas parietales actualmente vistas), y seguramente de la grieta de tracción de la fig 4, de 5.5 cm de apertura. Para originar el movimiento de un paquete calizo próximo a 100 m de potencia, y asociado a importantes roturas (fig 4), tuvo que ser un sismo muy potente (M ³ 7), y de mayor magnitud que el de 1.884 (con menor excentricidad, como se expresa en el goteo actual, y grietas de tracción de 1 cm).

Fig 9: Basculamiento de todo el paquete calizo (giro marcadores freáticos), reflejado en el giro de la estalagmita.

El siguiente evento destructivo, se reconoce sobre los 15.000 años de edad, con una rotación muy marcada en la estalagmita-2, y dio lugar a la generación de la estalagmita-1. Entre este evento y el anterior, se reconocen cambios en el rumbo del eje de crecimiento de los espeleotemas, que corresponderían a sismos menores, seguramente no disparados por la Falla de Zafarraya. El más marcado de estos eventos, sería aproximadamente hace 10.000 años, situado a mitad de longitud de la E-2-3 y E-2-2.

El anterior a este último, aunque no ha sido datado, y verificando que la velocidad de crecimiento de la estalagmita-2 ha sido contínua en los anteriores eventos destructivos, se situaría sobre unos 25.000 años. Este evento dio origen a la generación de la estalagmita-2, con un marcado inicio rotado. También entre este episodio y el anterior se detectan sismos menores.

En resumen el último ciclo símico de la falla fue de 5.000 años, estado precedido por uno ciclo de unos 10.000 años, y este a su vez por otro de aproximadamente 10.000 años.

Fig 10. Comparativa en roturas sismos 1.884 y 5.000 BP. El de 1.884 la rotura está asociada a la grieta activa (Fig 5), y el 5.000 BP, presenta precipitados blanco lechosos como último episodio estalagmita E-2 (fig 7 y 8).

EVOLUCIÓN NEOTECTÓNICA DE LA FALLA

Tanto las patologías de deformación como de rotura de los espeleotemas de las simas, responden a una misma dinámica; la extensión hacia el sur del subsegmento de falla Oeste, que ha provocado un desplazamiento en este sentido de la mesa calcárea sobre las margas del Flysch. Este fenómeno también se refleja en la paleosismicidad (con dataciones extrapolables hasta sismos de unos 25.000 años BP). Por otro lado, en el límite sur de la falla más meridional del grupo sismogénetico (ver figuras 2 y 3), se localizan 3 masas travertínicas de edad pliocuaternario (Mathys, V. 1.974), que manifiestan plegamientos y fracturas según compresiones provenientes de la zona de falla. Así pues, este grupo de fallas son de carácter extensional, con sentido de acreción Sur, y al menos han funcionado con este régimen desde el Pliocuaternario , proceso que ha estado ligado a la ampliación de la fosa tectónica del Llano de Zafarraya.

En este proceso extensional, tiene un papel fundamental el enraizamiento del Flysch, que aparece fajeado por sendas fallas, y contacta al Norte las Zonas Enternas, y al Sur las Zonas Internas. Esta zona de contacto, catalizado por el Flysch, corresponde a un gran accidente geológico, que no tiene continuidad en el Subsegmento Este (Desde Pilas de Algaida en Ventas de Zafarraya hacia Arenas del Rey). Las mayores roturas y dislocaciones del terreno ocurrieron en el subsegmento Oeste (zona del enraizamiento del Flysch), especialmente en la aldea de Guaro, en la Provincia de Málaga (Periana), (cercana a la mesa calcárea de las simas), tal como lo relató el ilustre cietínfico Domingo de Orueta y Duarte en su obra “Informe sobre los terremotos ocurridos en el Sud de España, (1.985)” donde el colapso alcanzó su mayor expresión. También, como se ha comprobado en las simas, la existencia de grietas activas (fig 5) responden a desplazamientos considerables de la mesa calcárea, más marcados en la sima Sur, lo que indica que estos desplazamientos procedían e la zona del Flysch. Es lógico pensar que el epicentro del Terremoto de 1.884 se localizó en esta zona (próxima a la aldea de Guaro), y no en Arenas del Rey, donde los daños y el desplazamiento en el terreno fueron incomparables.

A este respecto hay que añadir, el gran terremoto detectado hace unos 5.000 años BP, de mayor energía que el de 1.884. Por los desplazamientos causados en la mesa calcárea del sismo 5.000 BP, con un basculamiento generalizado de las misma y grandes grietas de tracción (fig 3), también debió de situarse el epicentro en esta zona, siendo exactamente de la misma cinemática. En la figura 11, se ilustra a modo de croquis, según sección transversal de las fallas, la dinámica de éstas.

Conclusiones

La Mesa caliza del Aguadero, por su condición “flotante” respecto al sustrato margoso del Flysch y por localizarse dentro de la zona activa de la importante Falla de Zafarraya (o sistemas de fallas), puede ser considerada como un auténtico “sismógrafo natural”, siendo de gran interés sus simas para el estudio y el control de los sismos del área fuente estudiada.

Las deformaciones de los espeleotemas de las simas asociadas a la Falla de Zafarraya, sismogenética del gran terremoto de Andalucía, han permitido conocer aspectos sobre su ciclo sísmico, dinámica y magnitud. El hallazgo de una nueva morfología de excentricidad de estalagmitas, las "estalagmitas rotadas" indicadores símicos de M > 6.5, han permitido descubrir, mediante dataciones radiométricas, las últimas recurrencias destructivas de esta Falla, adscritas a la siguiente serie de eventos; año1884, 5.000 años BP, ~ 15.000, y ~ 25.000 años BP (esta última por extrapolación crecimiento de estalagmita).

Fracturas de tracción con aperturas de 1 cm y actualmente activas (con movimientos de asentamiento vertical de 1 mm en un periodo de 1 año -2.005 a 2.006-) en las coladas parietales, resultaron de la sacudida del terremoto de 1.884. Otras fracturas aun mayores, con aperturas de 5.5 cm y mayor longitud, fueron el resultado de un terremoto de mayor magnitud de hace unos 5.000 años, que originó un basculamiento generalizado de toda la mesa calcárea (con unos 10º de giro). Estas manifestaciones indican sendos movimientos extensionales del sistema de fallas hacia el Sur. No solo las patologías de los espeleotemas indican esta dinámica, sino también las ocurridas en unos macizos travertínicos de edad pliocuaternario, localizados en el límite de la falla Sur, con deformaciones y roturas que indican una compresión en sentido N-S. Así pues, parece que la acreción de este sistema de fallas con sentido Sur, se viene produciendo al menos desde finales del Plioceno, y puede estar relacionada con el surco de enraizamiento de la formación Flysch.

El terremoto detectado de hace 5.000 años, originó un importante desplazamiento de la mesa calcárea, por lo que hay que suponer que el epicentro del mismo se situaba en la zona del subsegmento Oeste de la Falla. El seismo de 1.884, por la información que indican las grietas activas, tuvo su epicentro en este subsegmento. La comisión científica de aquella época también señaló que los mayores colapsos del terreno (incomparables con las roturas de la zona Este) fueron en la aldea de Guaro (Periana), en la provincia de Málaga.

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Agradecimientos

Especial agradecimiento al Laboratorio del Instituto de Investigación y Desarrollo de Calidad de la Edificación (LIDYCCE), por el patrocinio del proyecto de investigación, y a José Pinto por las fotos de Agosto de 2.006.

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